Солнечные коллекторы для отопления помещений

В Европейских странах солнечные коллекторы для отопления используют в 50% от общего количества установленных гелиосистем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку потребность в тепле значительно превышает выработку энергии солнечными коллекторами в отопительный период в нашей климатической зоне.

Основные предпосылки к использованию солнечных коллекторов для отопления:

  • Развитие технологий энергоэффективного строительства. Благодаря этому снижается тепловая нагрузка здания и вклад солнечной энергии может быть более ощутим.
  • Постоянно растущие тарифы на ископаемые энергоносители.
  • Всё большая доступность и популярность солнечных систем. Технология удешевляется поэтому по сравнению с предыдущими годами установка солнечных коллекторов для отопления становится всё более рентабельна.
  • Экологическая ответственность. Общемировой тренд сокращения вредных выбросов и устойчивого развития.
  • Появление новых технологий. Множество производителей предлагают решения благодаря которым можно оптимизировать первоначальные затраты и увеличить срок службы гелиосистем.

Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком солнечных систем для поддержки отопления с суточным аккумулированием теплоты являются невозможность использовать излишки тепла в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую систему достаточно сложно реализовать на практике из-за необходимости установки огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Как правило, такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона. Поэтому в подавляющем большинстве, в Европе солнечные коллекторы для отопления устанавливаются именно с суточным аккумулированием.

Варианты реализации гелиосистемы для поддержки отопления

Для реализации гелисистем для отопления необходимо использовать комбинированные баки аккумуляторы. Или отдельные баки, которые накапливают солнечную энергию в течении дня.

Схемы солнечные коллекторы для отолпения помещений

Варианты схем реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Объем таких баков аккумуляторов рассчитывается исходя из количества солнечных коллекторов, и ни в коем случае не определяется от объема теплоносителя в отопительной системе. В среднем это значение равно 75 л на один метр квадратный площади абсорбера солнечных коллекторов.
Следует так же отметить, что для максимального эффекта применения солнечных коллекторов для отопления, необходимо использовать низкотемпературные отопительные системы такие как тёплый пол и т.д. Чем ниже рабочая температура гелиосистемы, тем выше её КПД.КПД гелиосистемы в зависмости от типа системы отопления

КПД гелиосистемы в зависмости от типа системы отопления

Оптимальный рабочий диапазон для поддержки отопления составляет 30–40 °C (соответствует температурному графику теплых полов).

Пример: солнечные коллекторы для отопления дома 200 м² в г. Киев

Рассмотрим пример, когда солнечные коллекторы для отопления устанавливаются в доме с отапливаемой площадью 200 м². Система распределения энергии комбинированная: радиаторы и теплые полы. Все расчеты горячего водоснабжения проводятся с учетом потребностью 200 литров воды с температурой 55 °С в сутки.

Количество затраченного тепла сильно зависит от качества утепления дома. К примеру для энергопассивного дома необходимо затратить всего 30 кВтч на один метр квадратный площади за отопительный сезон. А для слабо утепленного дома может понадобиться более 200 кВтч тепла на один метр квадратный площади дома за сезон.

Удельные тепловые потери здания

Удельные теплопотери

Предположим, что дом построен по современным технологиям и отвечает требованиям по энергосбережению. Средние затраты энергии на теплоснабжение за сезон — 100 кВтч/ м². Соответственно в среднем за отопительный сезон для системы теплоснабжения дома понадобится приблизительно =  200 м² * 100 кВтч/ м² = 20 000 кВтч тепла.
Для расчетов были выбраны плоские солнечные коллекторы фирмы Vaillant auroTHERM VFK 145V со следующими параметрами:

  •  Площадь абсорбера – 2,35 м²;
  •  Оптический КПД – 0,79;
  •  Коэффициент тепловых потерь К₁ — 2,41 Вт/м²К;
  •  Коэффициент тепловых потерь К₂ — 0,049 Вт/м²К.

aurotherm_plus

Внешний вид солнечных коллекторов

Рассмотрим три варианта гелиосистем. В первом варианте установлено 5 солнечных коллекторов с общей площадью абсорбера 11,75 м², во втором 10 коллекторов (23,5 м²) и 3-й вариант с 15 коллекторами суммарной площадью 35,25 м².
Расчеты приведены для г. Киев с учетом усредненной базы данных солнечного излучения и окружающей температуры для соответствующей климатической зоны.

график выработки тепловой энергии солнечными коллекторами на отопление

График выработки тепловой энергии солнечными коллекторами на отопление

Как видно из графиков максимальная выработка солнечной энергии приходится в летний период года. Энергия, выработанная солнечными коллекторами для отопления, лишь частично покрывает потребности в тепле и практически полностью покрывает нагрузку по горячему водоснабжению.

Максимальная экономия приходится на межсезонье и незначительна в зимние месяцы года. Чем больше общая полезная площадь солнечных коллекторов, тем больше значение экономии энергоресурсов.

Процент выработки тепловой энергии для отопления солнечными коллекторами

Диаграмма покрытия отопительной нагрузки за счет солнечных коллекторов

В каждом из вариантов солнечные коллекторы вырабатывают для отопления различное количество тепловой энергии в процентном соотношении относительно общей потребности в тепле. Основной задачей проектирования таких солнечных систем является подбор оптимального значения замещения (экономии) основного источника энергии с учетом капитальных затрат.  Для этого необходимо сопоставить денежные затраты на установку гелиосистемы и ожидаемый эффект. В некоторых случаях даже экономия в 10% может быть выгодной например для того чтобы сократить потребления газа и перейти в более низкую тарифную сетку.

Сергей Маринец

Сергей Маринец

Автор - инженер по возобновляемым источникам энергии

Похожие записи

Что такое STC, PTC, NOCT, и как они помогают оценить реальную эффективность солнечной панели?

Что такое STC, PTC, NOCT, и как они помогают оценить реальную эффективность солнечной панели?

Гелиосистема или солнечная электростанция: что лучше для нагрева воды?

Гелиосистема или солнечная электростанция: что лучше для нагрева воды?

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Cолнечные панели в пасмурную погоду

Cолнечные панели в пасмурную погоду

Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *